Você realmente conhece bem a aplicação dos seletores de alto valor e dos seletores de baixo valor?

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Os seletores de sinal são divididos em seletores de valores altos e seletores de valores baixos, sendo especialmente utilizados na composição de sistemas de controle de proteção de segurança. A Changhui Instruments compartilha neste artigo conhecimentos especializados sobre o uso de oito tipos de seletores de sinal, que os profissionais do setor industrial devem conhecer e dominar. Seletor de sinais yunrun.com.cn/product/1954.html. A função do seletor de sinais é escolher um dos dois sinais disponíveis para ser transmitido como sinal de saída. Existem quatro modos de controle da saída do seletor de sinais: seleção automática do sinal de maior valor, seleção automática do sinal de menor valor, controle por meio de sinais digitais/níveis externos, e seleção de um dos sinais de entrada. Em seguida, o sinal selecionado é isolado dos sinais de entrada e da fonte de alimentação antes de ser transmitido. O seletor de sinais com seleção automática de valor alto é chamado de seletor de valor alto, enquanto o seletor de sinais com seleção automática de valor baixo é chamado de seletor de valor baixo. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805150436075704.png Figura 1: Esquema do seletor de valores altos. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805150439515074.png Figura 2: Esquema do seletor de valores baixos. Oito aplicações típicas dos seletores de valores altos e baixos: yunrun.com.cn/tech/1974.html 1. Uso dos seletores de sinal em sistemas de controle seletivo. Todos sabem que um compressor é um dispositivo utilizado para transportar gás. Um compressor pode ser acionado por vapor ou por um motor servo de corrente contínua. Ajustando a quantidade de vapor fornecida ou a tensão de entrada do motor de corrente contínua, é possível controlar o fluxo de saída e a pressão de saída do compressor. A Figura 3 mostra o esquema do sistema de controle de fluxo e pressão, gerenciado por um seletor de sinais de baixo valor. Os reguladores dos sistemas de pressão e vazão são todos do tipo PID. Na Figura 3, do sistema de controle seletivo, P* representa o sinal de referência do sistema de controle de pressão. A pressão de saída do compressor deve ser mantida perto de P*, mas não é permitido que ela exceda esse valor. Q* é o sinal de referência do sistema de controle de vazão; a vazão de saída do compressor deve ser mantida perto de Q*, sem que ultrapasse esse valor. Portanto, o método de controle consiste em escolher entre dois sistemas de controle: determina-se qual variável controlada ultrapassa o valor definido. Com base nessa variável, o regulador desse sistema emite um sinal para modificar o valor definido no sistema de controle por tiristores. Trata-se, portanto, de um sistema de controle seletivo. A função do seletor de baixo valor neste sistema é gerenciar o funcionamento dos dois sistemas. Para explicar o funcionamento do sistema, suponhamos que P < P* e Q > Q*. Se os parâmetros de ajuste dos reguladores dos dois sistemas forem os mesmos, a saída do regulador do sistema Q será maior do que a saída do regulador do sistema P. Esse valor maior será bloqueado pelo seletor de valor baixo, mas não entrará na região de saturação do integrador. Dessa forma, quando Q < Q* e P > P*, é possível fazer uma transição suave do circuito fechado do sistema Q para o circuito fechado do sistema P, garantindo que a pressão P e o fluxo Q nunca excedam seus valores definidos. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805150505449965.png Figura 3: Regulação alternativa de dois sistemas de controle (sistema de controle seletivo). 2. Utilização de seletores de alto valor como dispositivos de proteção contra sinais anormais. Em reatores nucleares ou reatores químicos, o controle da temperatura é um fator essencial para garantir o bom andamento do processo de produção. Se for utilizado apenas um termopar para monitoramento ou regulação, isso pode ser considerado insuficiente em termos de segurança. Por isso, costuma-se instalar vários termopares em diferentes locais, e os sinais são enviados a um conjunto de seletores de sinal de alto valor por meio de transmissores de temperatura. Há dois benefícios em fazer isso: primeiro, é possível controlar a temperatura no nível mais alto, evitando que determinadas áreas fiquem superaquecidas ； Em segundo lugar, mesmo que um, dois ou três termopares se rompam, ainda é possível realizar o controle normalmente, **o que aumenta a segurança e a confiabilidade do funcionamento do sistema de controle. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805150533486834.png Figura 4: Sistema de controle de seleção do sinal mais alto entre vários sinais. Se, na Figura 4, os seletores de valores altos forem substituídos por seletores de valores baixos, poderá ser criado um sistema de controle de seleção do sinal mais alto entre vários sinais. 3. O seletor de sinais é utilizado para coordenar a sequência de ações do sistema. Se um sinal de controle controlar simultaneamente vários sistemas de regulação, surge a necessidade de distribuir o tempo e sincronizar os sinais entre esses sistemas. A sincronização dos sinais garante que o sistema encontre um ponto de operação estável, enquanto a distribuição do tempo assegura a segurança na produção. Muitos processos de produção estabelecem regras claras sobre a sequência de ações do sistema de controle, a fim de evitar a geração de subprodutos ou explosões, e até mesmo para economizar energia. Por exemplo, no processo de queima de óleo pesado, estabelece-se que, quando a carga de produção aumenta, primeiro se aumenta o fluxo de ar e depois o óleo; já quando a carga de produção diminui, primeiro se reduz o óleo e depois o fluxo de ar, a fim de evitar danos aos equipamentos devido à queima secundária. Sistemas desse tipo geralmente utilizam dois seletores de sinal (um para valores altos e outro para valores baixos) a fim de coordenar a sequência das ações entre os diferentes componentes do sistema. A Figura 5 mostra a estrutura do sistema de controle da queima de óleo pesado. Quando a demanda de carga aumenta, a instrução de carga I também aumenta. Como I > I1, o seletor de valor baixo escolhe I1 como seu sinal de saída. Além disso, como I > I2, o sinal P pode ser utilizado pelo seletor de valor alto para controlar o regulador de vazão de ar, fazendo com que a vazão de ar aumente primeiro. Com o aumento da vazão de ar, I1 também aumenta gradualmente, o que leva ao aumento do sinal emitido pelo seletor de valor baixo. Por outro lado, quando a demanda de carga diminui, I < I1 e I < I2. A instrução de carga faz com que a quantidade de combustível diminua primeiro; somente após essa redução é que o fluxo de ar também é reduzido. Esse método de controle do movimento é chamado de “aumento primeiro, depois redução” ou “aumento posterior, redução anterior”, sendo um padrão típico em sistemas de instrumentação. Após a estabilização do processo de ajuste, mantém-se a relação I=I1, I=I2. No diagrama, o regulador e o somador são utilizados para ajustar a correspondência dos sinais de estado inicial dos dois sistemas, enquanto o multiplicador é usado para regular a proporção entre a quantidade de combustível e o ar. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151238082857.png Figura 5: Diagrama de princípio do sistema de controle da queima de óleo pesado. 4. Seletor de sinais: serve para evitar que a saída do divisor fique fora dos limites permitidos. Para que o divisor funcione corretamente, é necessário que sejam satisfeitas certas condições; uma delas é I1 ≤ I2, onde I1 é o sinal do numerador e I2 é o sinal do denominador. Se I2 < I1, a saída do divisor excederá o intervalo do sinal do instrumento. Por exemplo, no caso do divisor, quando I2 < I1, sua saída ultrapassa o limite superior do sinal do instrumento, que é de 20 mA. Se houver a possibilidade de o sinal de controle I2, relacionado às variáveis do processo de produção, ficar menor que I1, é necessário tomar medidas nos circuitos para evitar que esse fenômeno afete o divisor. Antes da entrada em funcionamento do seletor de sinais da Changhui Instrument Manufacturing Co., Ltd., geralmente o sinal do numerador era dividido ou reduzido em tensão antes de ser enviado ao divisor. O grau de divisão ou redução da tensão deveria ser suficiente para garantir que o numerador permanecesse sempre abaixo do sinal do denominador (como mostrado na Figura 6). Mas, após a ocorrência do seletor, é possível utilizar um seletor de sinal de valor alto para evitar que a saída do divisor ultrapasse os limites estabelecidos. A configuração dos circuitos é mostrada na Figura 7. Em comparação com o método anterior, o último método permite que, em condições normais de operação, a sensibilidade do divisor permaneça inalterada. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151252390357.png http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151259260868.png Figura 6: Uso de um divisor de sinal para evitar que a saída do divisor exceda os limites permitidos. Figura 7: Uso de um seletor de sinais para evitar que a saída do divisor exceda os limites permitidos. 5. Seleção do valor intermediário entre vários sinais de entrada Em alguns processos de produção, é necessário escolher o sinal de medição que esteja no meio dos vários sinais com características semelhantes, para ser utilizado como sinal de medição. Por exemplo, em um forno de aquecimento, existem três zonas de temperatura, e em cada uma delas é instalado um transmissor de temperatura. Assim, há três valores de medição: alto, médio e baixo. Se a regulação for feita com base no sinal da temperatura mais alta, a temperatura média de todo o forno ficará elevada. Por outro lado, se for ajustado de acordo com a temperatura mínima, a temperatura média ficará mais baixa. Portanto, dos três pontos de medição da temperatura, o sinal do valor intermediário é o mais representativo. A Figura 7 mostra a composição da linha que utiliza o valor intermediário dos três pontos de monitoramento. Esse circuito é composto por dois seletores de valores altos e dois seletores de valores baixos. A seguir, serão discutidas três situações diferentes. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151453348883.png Figura 8: Composição do circuito de seleção do sinal de valor médio entre os três pontos. ① I1 < I2 < I3. Nesse caso, os sinais de saída dos seletores de sinal I e II são I12 = I2 e I13 = I1. Os sinais de saída do seletor de sinais III e do seletor de sinais IV são I14=I12=12, I0=I14=I2. Escolha o sinal de valor intermediário I2 como sinal de saída. ②I2＜I1＜I3 Neste caso, os sinais de saída do seletor de sinais I e do seletor de sinais II são I12=I1 e I13=I2. Os sinais de saída do seletor de sinais III e do seletor de sinais IV são I14=I1 e I0=I14=I1. Escolha o sinal de valor intermediário I1 como sinal de saída. ③I1＜I3＜I2 Nesse caso, os sinais de saída do seletor de sinais I e do seletor de sinais II são I12=I2 e I13=I2. Os sinais de saída do seletor de sinais III e do seletor de sinais IV são I14=I3 e I0=I14=I3. Escolha o sinal de valor intermediário I3 como sinal de saída. A partir da análise das três situações mencionadas, percebe-se que, em qualquer caso, o circuito mostrado na Figura 8 sempre utiliza o valor intermediário dos três sinais de entrada como seu sinal de saída. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151510561025.png Figura 9: Circuito de seleção dos valores intermediários de cinco sinais de saída. Com base nos princípios acima, não é difícil criar um circuito para a seleção dos valores intermediários de cinco sinais de saída, como mostrado na Figura 9. Esta linha é formada pela conexão em série de duas linhas de seleção de sinais de valor intermediário entre três pontos. A primeira metade consiste em selecionar um dos três sinais de medição e enviá-lo para a segunda metade; em seguida, esse sinal é comparado com os outros dois, sendo então escolhido outro sinal que fique no meio. Pelo mesmo princípio, é possível criar linhas de seleção para os valores 7, 9... e outros valores intermediários. 6. O seletor de sinais funciona como um interruptor. O seletor de valores baixos e o seletor de valores altos podem ser usados como interruptores ou como dispositivos de amostragem. A Figura 10 mostra o uso de um seletor de valor baixo como interruptor; o regulador define apenas dois valores de sinal: 0 (o valor zero do sinal do instrumento) e 1 (o limite superior do sinal do instrumento). Quando IR é 0, o sinal I1 é bloqueado ； Quando IR é 1, o sinal I1 está ativo. A Figura 11 mostra o oposto: quando IR é igual a 0, o sinal I1 está ativo ； Quando IR é 1, o sinal I1 é bloqueado. A Figura 12 utiliza uma fonte de pulsos no lugar do regulador de valor fixo. O sinal de saída dessa fonte de pulsos varia periodicamente entre 0 e 1; o sinal I1 se acende e se apaga alternadamente, gerando assim um sinal periódico com a mesma frequência dos pulsos. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151526471454.png Figura 10: Uso de um seletor de sinais de baixo valor como interruptor. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151528224459.png Figura 11: Uso de um seletor de sinais de alto valor como interruptor. Figura 12: Saída de sinais periódicos. 7. Os seletores de sinais são utilizados para formar linhas de fila de sinais. Alguns processos de produção exigem que se saiba qual dos sinais medidos é o mais alto, qual é o mais baixo e qual está em um valor intermediário. Esse requisito pode ser atendido por meio da fila de espera mostrada na Figura 12. Todo o circuito é composto por seis seletores de sinal; o seletor III emite o sinal mais alto, o seletor IV emite o sinal mais baixo, e os sinais intermediários são emitidos pelo seletor VI. O circuito da Figura 13 pode ser dividido em três componentes: I e III formam um circuito para escolher o valor mais alto, II e IV formam outro circuito para escolher o valor mais baixo, enquanto I, II, V e VI formam um circuito para escolher o valor intermediário. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151621548609.png Figura 13: Linhas de sequenciamento dos três sinais de entrada. 8. O seletor de sinais funciona como um limitador flutuante. Por motivos de segurança, muitos processos de produção exigem que uma variável a ser regulada ou uma variável operacional seja limitada. Esse tipo de limitação geralmente pode ser implementado por meio de um limitador. No entanto, quando o valor de limitação precisa variar de acordo com outra variável, é necessário utilizar um seletor de sinais para compor o sistema de limitação. A Figura 14 mostra o princípio de funcionamento do limitador de flutuação de limite superior. O limite superior do sinal de operação é Ix. Quando I1 < Ix, I0 = I1. Porém, quando I1 > Ix, I0 = Ix. Mesmo que I1 continue a aumentar, I0 não aumentará mais, mantendo-se no valor de Ix. Como o Ix é variável, a composição do circuito é chamada de limitador de flutuação alta. A Figura 15 mostra o princípio de funcionamento do limitador de flutuação de limite inferior; isso acontece quando I1 é menor que o valor de Ix. A Figura 16 mostra o princípio de funcionamento do limitador de flutuação de limite alto e baixo. Essa estrutura é formada pela conexão em série dos componentes 14 e 15. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151350088030.png http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151359438903.png Figura 14: Limitador flutuante de limite superior. Figura 15: Limitador flutuante de limite inferior. As saídas dos limitadores flutuantes de limite superior e inferior podem ser representadas por http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151413246178.png Figura 16: Limitadores flutuantes de limite superior e inferior. Os limitadores flutuantes têm muitas aplicações na melhoria da eficiência de produção dos equipamentos e na garantia de uma produção segura. Por exemplo, uma condição importante para a produção segura de compressores é garantir que eles não entrem em estado de turbulência. Se a vazão de entrada do compressor for mantida acima de um certo valor, é possível evitar o flutter. No entanto, manter uma vazão de entrada fixa não é benéfico para que o compressor funcione da melhor maneira possível. Um método eficaz é ajustar o fluxo mínimo de sucção de acordo com a pressão de saída; a composição do sistema de controle é mostrada na Figura 17. A parte delimitada pelas linhas pontilhadas na figura representa os diferentes componentes da função. Esses componentes são controlados por um somador, cuja relação de cálculo é IΣ = I0 + αIP. Nessa fórmula, I0 representa a corrente inicial, que indica o valor mínimo de fluxo de retorno necessário pelo compressor quando P = 0 ； α é o coeficiente de proporção. IΣ é o sinal de limitação flutuante para o limite inferior do seletor de valores elevados. Em condições normais, o sistema de controle de vazão mantém a válvula de regulação instalada no tubo de retorno em um nível de abertura menor (por exemplo, 90%). Quando ocorrem condições anormais de operação, o fluxo de ar aspirado não atende às condições necessárias para a estabilidade do compressor. Nesse caso, o sinal de limitação flutuante substitui a ação do regulador no controle da válvula de retorno. Isso faz com que a abertura da válvula de controle aumente, aumentando assim o fluxo de retorno e elevando o fluxo de ar aspirado a um nível seguro para a operação. Com a popularização dos sistemas PLC e DCS, tornou-se muito prático realizar a função de seletor de sinais por meio de programas nos sistemas de controle. Isso não significa que os seletores de sinais estejam obsoletos. Como profissionais da área de controle, é essencial dominar os princípios e as aplicações dos seletores de sinais. Isso permitirá que você tenha uma vantagem técnica na elaboração de planos de controle, bem como na configuração e programação dos sistemas DCS ou PLC para a implementação desses planos.